Cell-based therapy is a promising approach in the field of regenerative medicine. As cells are formed into spheroids, their survival, functions, and engraftment in the transplanted site are significantly improved compared to single cell transplantation. To improve the therapeutic effect of cell spheroids even further, various biomaterials (e.g., nano- or microparticles, fibers, and hydrogels) have been developed for spheroid engineering. These biomaterials not only can control the overall spheroid formation (e.g., size, shape, aggregation speed, and degree of compaction), but also can regulate cell-to-cell and cell-to-matrix interactions in spheroids. Therefore, cell spheroids in synergy with biomaterials have recently emerged for cell-based regenerative therapy. Biomaterials-assisted spheroid engineering has been extensively studied for regeneration of bone or/and cartilage defects, critical limb ischemia, and myocardial infarction. Furthermore, it has been expanded to pancreas islets and hair follicle transplantation. This paper comprehensively reviews biomaterials-assisted spheroid engineering for regenerative therapy.
Therapeutic cancer is a long lasting and turbulent history accompany with the milestones in surgical intervention, chemotherapy and radiotherapy. In the past decade, however, metastatic cancer still obstinately exists challenging the professional scientist. Beside the major forms of cancer treatment, Diphtheria toxin (DT) which is produced by a pathogenic strain of bacterium Corynebacterium diphtheria to shield themselves against the other dangerous organism, have been researched as a potential candidate to overcome the drawback such as non-specific, non-effect to drug resistant cancer cell and side effects when using chemotherapy and radiotherapy. In the context of suicide gene therapy, the DT expression under controlling of tissue-specific promoter will be targeted in cancer cell but defect in normal cell. The molecular mechanism, characteristic of DT-bases therapy and prominent achievements of preclinical and clinical studies for the past decade are summarized and discussed in this review.
Cartilage tissue engineering has emerged as an alternative approach for reconstruction or repair of injured cartilage tissues. In this study, rabbit chondrocytes were cultured in a three-dimensional environment to fabricate a new cartilaginous tissue with the application of tissue engineering strategies based on biodegradable PLGA microspheres. Chondrocytes were seeded on PLGA microspheres and cultured on a rocking platform for 5 weeks. The PLGA microspheres provided more surface area to adhere chondrocytes compared with PLGA sponge scaffolds. The novel system facilitated uniform distribution of the cells on the whole of the PLGA microspheres, thus forming a new cartilaginous construct at 4 weeks of culture. The histological and immunohistochemical analyses verified that the number of chondrocytes and the amount of extracellular matrix components such as proteoglycans and type II collagen were significantly greater on the PLGA microspheres constructs as compared with those on the PLGA sponge scaffolds. Therefore, PLGA microspheres enhanced the function of chondrocytes compared with PLGA sponge scaffolds, and thus might be useful for formation of cartilage tissue in vitro.
Kidney diseases including acute kidney injury and chronic kidney disease are among the largest health issues worldwide. Dialysis and kidney transplantation can replace a significant portion of renal function, however these treatments still have limitations. To overcome these shortcomings, a variety of innovative efforts have been introduced, including cell-based therapies. During the past decades, advances have been made in the stem cell and developmental biology, and tissue engineering. As part of such efforts, studies on renal cell therapy and artificial kidney developments have been conducted, and multiple therapeutic interventions have shown promise in the pre-clinical and clinical settings. More recently, therapeutic cell-secreting secretomes have emerged as a potential alternative to cell-based approaches. This approach involves the use of renotropic factors, such as growth factors and cytokines, that are produced by cells and these factors have shown effectiveness in facilitating kidney function recovery. This review focuses on the renotropic functions of bioactive compounds that provide protective and regenerative effects for kidney tissue repair, based on the available data in the literature.
The use of human mesenchymal stem cells (hMSCs) in cell-based therapy has attracted extensive interest in the field of regenerative medicine, and it shows applications to numerous incurable diseases. hMSCs show several superior properties for therapeutic use compared to other types of stem cells. Different cell types are discussed in terms of their advantages and disadvantages, with focus on the characteristics of hMSCs. hMSCs can proliferate readily and produce differentiated cells that can substitute for the targeted affected tissue. To maximize the therapeutic effects of hMSCs, a substantial number of these cells are essential, requiring extensive ex vivo cell expansion. However, hMSCs have a limited lifespan in an in vitro culture condition. The senescence of hMSCs is a double-edged sword from the viewpoint of clinical applications. Although their limited cell proliferation potency protects them from malignant transformation after transplantation, senescence can alter various cell functions including proliferation, differentiation, and migration, that are essential for their therapeutic efficacy. Numerous trials to overcome the limited lifespan of mesenchymal stem cells are discussed.
Seunghoon Han;Hyeon Woo Yim;Hyunsuk Jeong;Suein Choi;Sungpil Han
International Journal of Stem Cells
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제16권1호
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pp.16-26
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2023
Despite long-term research achievements, the development of cell therapy (CT) products remains challenging. This is because the risks experienced by the subject and therapeutic effects in the clinical trial stage are unclear due to the various uncertainties of CT when administered to humans. Nevertheless, as autologous cell products for systemic administration have recently been approved for marketing, CT product development is accelerating, particularly in the field of unmet medical needs. The human experience of CT remains insufficient compared with other classes of pharmaceuticals, while there are countless products for clinical development. Therefore, for many sponsors, understanding the rationale of human application of an investigational product based on the consensus and improving the ability to apply it appropriately for CT are necessary. Thus, defining the level of evidence for safety and efficacy fundamentally required for initiating the clinical development and preparing it using a reliable method for CT. Furthermore, the expertise should be strengthened in the design of the first-in-human trial, such as the starting dose and dose-escalation plan, based on a sufficiently acceptable rationale. Cultivating development professionals with these skills will increase the opportunity for more candidates to enter the clinical development phase.
Regenerative medicine is a research field that develops methods to restore damaged cell or tissue function by regeneration, repair or replacement. Stem cells are the raw material of the body that is ultimately used from the point of view of regenerative medicine, and stem cell therapy uses cells themselves or their derivatives to promote responses to diseases and dysfunctions, the ultimate goal of regenerative medicine. Stem cell-derived extracellular vesicles (EVs) are recognized as an attractive source because they can enrich exogenous microRNAs (miRNAs) by targeting pathological recipient cells for disease therapy and can overcome the obstacles faced by current cell therapy agents. However, there are some limitations that need to be addressed before using miRNA-enriched EVs derived from stem cells for multiplexed therapeutic targeting in many diseases. Here, we review various roles on miRNA-based stem cell EVs that can induce effective and stable functional improvement of stem cell-derived EVs. In addition, we introduce and review the implications of several miRNA-enriched EV therapies improved by multiplexed targeting in diseases involving the circulatory system and nervous system. This systemic review may offer potential roles for stem cell-derived therapeutics with multiplexed targeting.
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a critical condition with high morbidity and mortality. Although several medications are available, there are no definite treatments. However, recent advances in the understanding of stem and progenitor cells in the lung, and molecular changes during re-alveolization after pneumonectomy, have made it possible to envisage the regeneration of damaged lungs. With this background, numerous studies of stem cells and various stimulatory molecules have been undertaken, to try and regenerate destroyed lungs in animal models of COPD. Both the cell and drug therapies show promising results. However, in contrast to the successes in laboratories, no clinical trials have exhibited satisfactory efficacy, although they were generally safe and tolerable. In this article, we review the previous experimental and clinical trials, and summarize the recent advances in lung regeneration therapy for COPD. Furthermore, we discuss the current limitations and future perspectives of this emerging field.
Sui, Bing-Dong;Chen, Ji;Zhang, Xin-Yi;He, Tao;Zhao, Pan;Zheng, Chen-Xi;Li, Meng;Hu, Cheng-Hu;Jin, Yan
Experimental and Molecular Medicine
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제50권12호
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pp.12.1-12.14
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2018
Osteoporosis develops with high prevalence in both postmenopausal women and hypogonadal men. Osteoporosis results in significant morbidity, but no cure has been established. Mesenchymal stem cells (MSCs) critically contribute to bone homeostasis and possess potent immunomodulatory/anti-inflammatory capability. Here, we investigated the therapeutic efficacy of using an infusion of MSCs to treat sex hormone-deficient bone loss and its underlying mechanisms. In particular, we compared the impacts of MSC cytotherapy in the two genders with the aim of examining potential gender differences. Using the gonadectomy (GNX) model, we confirmed that the osteoporotic phenotypes were substantially consistent between female and male mice. Importantly, systemic MSC transplantation (MSCT) not only rescued trabecular bone loss in GNX mice but also restored cortical bone mass and bone quality. Unexpectedly, no differences were detected between the genders. Furthermore, MSCT demonstrated an equal efficiency in rectifying the bone remodeling balance in both genders of GNX animals, as proven by the comparable recovery of bone formation and parallel normalization of bone resorption. Mechanistically, using green fluorescent protein (GFP)-based cell-tracing, we demonstrated rapid engraftment but poor inhabitation of donor MSCs in the GNX recipient bone marrow of each gender. Alternatively, MSCT uniformly reduced the $CD3^+T$-cell population and suppressed the serum levels of inflammatory cytokines in reversing female and male GNX osteoporosis, which was attributed to the ability of the MSC to induce T-cell apoptosis. Immunosuppression in the microenvironment eventually led to functional recovery of endogenous MSCs, which resulted in restored osteogenesis and normalized behavior to modulate osteoclastogenesis. Collectively, these data revealed recipient sexually monomorphic responses to MSC therapy in gonadal steroid deficiency-induced osteoporosis via immunosuppression/anti-inflammation and resident stem cell recovery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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